测量仪器中各种波形抽取方式解析:采样、平均、峰值保持等方法的原理与应用探讨
2023-12-06

  几乎所有需要进行波形显示的测量仪器都面临一个问题:待显示的波形片段中的采样点数不等于屏幕显示区域的像素数,在这样的情况下,如何把波形绘制到显示区域中去?本文将为你介绍一下解决这一问题的几种方案。

  第一种情况:波形片段中的采样点数大于屏幕显示区域的像素数,在不同情况下,使用的抽取方案不同。

  1. 等间隔抽取

测量仪器中的各种波形抽取方式

  图1 等间隔抽取

  这其实就是一个如何把大量波形压缩到特定点数的问题,针对这个问题我们很自然就可以想到采用等间隔波形抽取。以波形片段的采样点数与屏幕点数的固定比例,等间隔地抽取采样点,抽出来的采样点显示到屏幕上。这种方案优点在于实现简单且能反应波形的大致轮廓,适用于较低频率的信号,缺点在于对于太高频的信号,峰值会被过滤掉,无法反映信号的峰值。

  2. 峰值抽取

测量仪器中的各种波形抽取方式

  图2 峰值抽取

  峰值抽取是把波形原始采样片段分成若干组,如图所示分成了5组,每组分别比较出最大值和最小值作为抽取点,并保持这两个点的先后顺序关系。这种抽取方法针对高频信号,优点在于找出峰值,但不保证相邻两点之间的时间间隔相等。

  3. 均值抽取

测量仪器中的各种波形抽取方式

  图3 均值抽取

  均值抽取同样把原始采样波形分成若干段,每段各自算出平均值,作为该段的抽取点。这种方案可以认为是前两种方案的折中,通过求均值,既保证相邻点之间的时间间隔均等,又尽可能使抽取波形与原波形保持一致;但是也存在对于太高频的信号,峰值会被过滤掉,无法反映信号的峰值。

  我们再来看第二种情况:波形片段中的采样点数少于屏幕显示区域的像素数。

  这种情况就需要在采样点间填充虚构的采样点来解决。

  1. 直接填充

测量仪器中的各种波形抽取方式

  图4 直接填充

  在需要填充虚构采样点的位置上,直接复制前面一个真实采样点。这种方案实现简单,缺点在于会使波形呈阶梯状,不真实。

  2. 线性填充

测量仪器中的各种波形抽取方式

  图5 线性填充

  线性填充先连接相邻的采样点,然后从这条相邻的连接线的对应位置上找到填充的点。这种方案不会产生第一种方案中的阶梯,但还是会人为地产生了非线性现象。

  3. 正弦填充

测量仪器中的各种波形抽取方式

  图6 正弦填充

  正弦填充又叫正弦插值,用于高速采样时对信号的还原,具体实施方式需要用到滤波手段。这种方案实现方法较前两种复杂,但较好避免了非线性现象。

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